DE102006045136B3

DE102006045136B3 - Filtervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Filtervorrichtung

Info

Publication number: DE102006045136B3
Application number: DE102006045136A
Authority: DE
Inventors: Remigius Schüling; Junmei Dr. Shi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2026-09-26

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Filtervorrichtung zum Filtern eines Kraftstoffes mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, die aufweist: einen Filterkopf, welcher eine um eine Längsachse der Filtervorrichtung angeordnete Öffnung zur Zuführung des Kraftstoffes aufweist; einen Filtermittenbereich, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist und eine Vielzahl von Löchern zur Filterung von Partikeln aus dem zugeführten Kraftstoff hat; und einen Filterboden, welcher eine um die Längsachse der Filtervorrichtung angeordnete Einstülpung, die eine Strömung des zugeführten Kraftstoffes in den Filtermittenbereich oder in den Filterkopf reflektiert, und einen um die Einstülpung ausgebildeten Ringkanalbereich, welcher die Partikel aus der Strömung des zugeführten Kraftstoffes und die mittels der Löcher gefilterten Partikel mittels Zentrifugalkraft und/oder Schwerkraft sammelt, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Filtern eines Kraftstoffes mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruck und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Filtervorrichtung.
Das technische Gebiet der Erfindung betrifft Filtervorrichtungen oder Filter zum Filtern von Kraftstoff, insbesondere von Diesel-Kraftstoff, mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruck, beispielsweise 2000 bar. Solche Filter werden insbesondere in eine Zuführung oder Zuführvorrichtung eines Einspritzsystems eingebaut, mittels welchem der Dieselkraftstoff in eine Düse durch Heben einer Düsennadel aus einem Düsensitz eingespritzt wird.
Allerdings beinhaltet Diesel für gewöhnlich Fremdpartikel oder Partikel, die aus dessen Herstellungsprozess stammen. Aus diesem Grund muss der Diesel gefiltert werden, bevor er in das Einspritzsystem oder den Injektor eingeführt wird, um zu verhindern, dass die Partikel das Einspritzsystem verstopfen oder dessen Funktionsfähigkeit beeinträchtigen.
Bekannt sind sogenannte Lochfilter mit einem Absetzraum oder Sammelraum für die gefilterten Partikel. Dabei werden die gefilterten Partikel in einem Bodenbereich des Filters unter Ausnutzung der Gravitationskraft gesammelt. Solche Lochfilter mit einem Absetzraum sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 102 20 632 A1 und US 4,699,715 bekannt.
Allerdings werden bei den bekannten Lochfiltern die bereits gefilterten Partikel immer wieder durch die Strömung des durch die Filteröffnung zugeführten Kraftstoffes mit dem vorbestimmten Kraftstoffdruck von beispielsweise 2000 bar aufgewühlt. Ferner erhöht sich die Anzahl der aufgewühlten Parti kel im Inneren des Filters über dessen Betriebsdauer. Aufgrund der hohen und stetig steigenden Anzahl der bewegten Partikel im Inneren des Lochfilters und infolge des hohen Kraftstoffdruckes von beispielsweise 2000 bar steigt die Wahrscheinlichkeit über die Betriebsdauer des Lochfilters, dass ein oder mehrere Partikel in den mit Löchern perforierten Bereich des Lochfilters durch die Filterwand durchschlagen oder diese zumindest beschädigen.
Die JP 2006090276 A offenbart einen zylinderförmigen Filter für einen Einspritzzylinder. Der Filter umfasst einen zylinderförmigen Kragen aus Harz mit einer zylinderförmigen Öffnung, einen dem Kragen gegenüberliegenden Filterboden und zwischen dem Kragen und dem Boden angeordnete Filtermaschen.
Die JP 2000342908 A offenbart einen zylinderförmigen Sieb, der einen zylinderförmigen Kragen mit einer Öffnung, einen dem Kragen gegenüberliegenden wasserdichten Boden und ein zwischen dem Boden und dem Kragen angeordnetes Netz zum Filtern von Flüssigkeit aufweist, die durch die Öffnung des Kragens in den Sieb strömt.
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Filtervorrichtung zum Filtern eines Kraftstoffes mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruckbereich bereitzustellen, bei welchem ein Aufwühlen der gefilterten Partikel verhindert ist.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Filtervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Verfahren zum Herstellen einer Filtervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
Demnach wird eine Filtervorrichtung zum Filtern eines Kraftstoffes mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, die aufweist:

– einen Filterkopf, welcher eine um eine Längsachse der Filtervorrichtung angeordnete Öffnung zur Zuführung des Kraftstoffes aufweist;
– einen Filtermittenbereich, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist und eine Vielzahl von Löchern zur Filterung von Partikeln aus dem zugeführten Kraftstoff hat; und
– einem Filterboden, welcher eine um die Längsachse der Filtervorrichtung angeordnete Einstülpung mit einem Durchmesser, die eine Strömung des zugeführten Kraftstoffes in den Filtermittenbereich oder in den Filterkopf reflektiert, und einen um die Einstülpung ausgebildeten Ringkanalbereich, welcher die Partikel aus der Strömung des zugeführten Kraftstoffes und die mittels der Löcher gefilterten Partikel mittels Zentrifugalkraft und/oder Schwerkraft sammelt, aufweist, wobei der Durchmesser der Einstülpung in Richtung des Filterkopfes konstant ist oder zunimmt.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen einer Filtervorrichtung zum Filtern eines Kraftstoffes mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, aufweisend folgende Schritte:

– Bohren einer Öffnung in einen Filterkopf zur Zuführung des Kraftstoffes derart, dass die Öffnung um eine Längsachse der Filtervorrichtung angeordnet ist;
– Bohren einer Vielzahl von Löchern zur Filterung von Partikeln aus dem zugeführten Kraftstoff in einen Filtermittenbereich, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist;
– Ausbilden einer Einstülpung mit in Richtung der Öffnung am Filterkopf konstanten oder zunehmenden Durchmesser um die Längsachse der Filtervorrichtung an einem dem Filterkopf gegenüberliegenden Filterboden derart, dass eine Strömung des zugeführten Kraftstoffes in den Filtermittenbereich oder in den Filterkopf reflektiert wird; und
– Ausbilden eines Ringkanalbereiches um die Einstülpung, wobei der Ringkanalbereich die Partikel aus der Strömung des zugeführten Kraftstoffes und die mittels der Löcher gefilterten Partikel mittels Zentrifugalkraft und/oder Schwerkraft sammelt.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im Wesentlichen darin, am Filterboden der Filtervorrichtung oder Filter einen Ringkanalbereich bereitzustellen, welcher die Partikel des Kraftstoffes derart sammelt, dass sie von der Strömung des nachgeführten Kraftstoffes nicht mehr aufgewühlt werden können. Dabei sammelt der Ringkanalbereich die Partikel aus der Strömung des zugeführten Kraftstoffes mittels Zentrifugalkraft und/oder Schwerkraft und die mittels der Löcher gefilterten Partikel mittels Zentrifugalkraft und/oder Schwerkraft. Der Ringkanalbereich wirkt somit als eine Art Totraum gegenüber der Strömung des zugeführten Kraftstoffes. Vorteilhafterweise können die im Totraum oder Ringkanalbereich gesammelten Partikel nicht mehr von der Strömung des nachgeführten Kraftstoffes aufgewühlt werden und die Wahrscheinlichkeit eines Durchschlags durch die Filterwand im Bereich der Löcher infolge aufgewühlter Partikel wird somit minimiert. Damit wird die Lebensdauer und die mögliche Betriebsdauer einer Filtervorrichtung für die Filterung von Kraftstoff, insbesondere Diesel, erhöht oder maximiert.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Filtervorrichtung rotationssymmetrisch um ihre Längsachse ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein erster Durchmesser der Öffnung kleiner als ein zweiter Durchmesser des Filterkopfes. Vorteilhafterweise bedingt der kleinere erste Durchmesser der Öffnung gegenüber dem zweiten Durchmes ser des Filterkopfes eine zentrierte Strömung oder einen zentrierten Strahl des zugeführten Kraftstoffes, sodass dieser gänzlich oder zumindest im Wesentlichen auf die Einstülpung, die als Spiegelfläche für den zugeführten Kraftstoff wirkt, trifft. Somit wird vorteilhafterweise im Wesentlichen verhindert, dass die Strömung des zugeführten Kraftstoffes auf den Ringkanalbereich trifft, sodass dieser einen Strömungstotraum ausbildet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind der erste Durchmesser der Öffnung und der Durchmesser der Einstülpung derart aufeinander abgestimmt, dass der Ringkanalbereich zumindest im Wesentlichen außerhalb der Strömung des zugeführten Kraftstoffes ist. Somit wird vorteilhafterweise verstärkt, dass der Ringkanalbereich ein Strömungstotraum ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegt das Maximum der Einstülpung auf der Längsachse der Filtervorrichtung.
Die konstante Ausgestaltung des Durchmessers der Einstülpung ist ein vorteilhafter Kompromiss hinsichtlich der fertigungstechnischen Realisierbarkeit und hinsichtlich der Strömungstotraumeigenschaften des Ringkanalbereiches.
Die zunehmende Ausgestaltung des Durchmessers der Einstülpung in Richtung des Filterkopfes hat einen besonderen Vorteil für die Wirkung des Ringkanalbereiches als Strömungstotraum.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1a und 1b schematische Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung;
1c eine schematische Längsschnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung gemäß der 1a und 1b;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung;
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung; und
4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Einrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Die drei Ausführungsbeispiele der Filtervorrichtung 1 zum Filtern eines Kraftstoffes mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruck gemäß der 1a–1c, 2 und 3 haben die folgenden Merkmale oder Eigenschaften gemein:
Die Filtervorrichtung 1 gemäß der 1a–1c, 2 und 3 weist einen Filterkopf 2, einen Filtermittenbereich 5 und einen Filterboden 7 auf. Der Filterkopf 2 weist eine um eine Längsachse 3 der Filtervorrichtung 1 angeordnete Öffnung 4 zur Zuführung des Kraftstoffes auf.
Der Filtermittenbereich 5 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt auf. Des Weiteren hat der Filtermittenbereich 5 eine Vielzahl von Löchern 6 in der Filterwand zur Filterung von Partikeln P aus dem zugeführten Kraftstoff.
Der Filterboden 7 weist eine um die Längsachse 3 der Filtervorrichtung 1 angeordnete Einstülpung 8, die eine Strömung 9 des zugeführten Kraftstoffes in den Filtermittenbereich 5 oder in den Filterkopf 2 reflektiert, und einen um die Einstülpung 8 ausgebildeten Ringkanalbereich 10 auf, welcher die Partikel P aus der Strömung 9 des zugeführten Kraftstoffes und die mittels der Löcher gefilterten Partikel mittels Zentrifugalkraft und/oder Schwerkraft sammelt.
Dabei zeigen die 1a–1b das erste Ausführungsbeispiel der Filtervorrichtung 1, welche mit einer positiven Strömung 9 des Kraftstoffes beziehungsweise mit einer negativen Strömung 9 oder Rückstrom beaufschlagt ist. In beiden Fällen geht die Strömung 9 in Richtung eines Zentrumbereiches des Filterbodens 7, um anschließend in Richtung der Filterwand abzubiegen und aufwärts an der Filterwand zu fließen. Insbesondere unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft werden die Partikel P auf einfache und effektive Weise im Ringkanalbereich 10 gesammelt. Falls manche Partikel P auf einem höheren Bereich des Filterbodens 7 landen, wird die Bewegung der Strömung 9 an der Seitenwand des Filters diese zurück in den Ringkanal 10 bewegen. Diese Mechanismen wirken auch für den Fall des Rückstroms gemäß 1b, falls manche Partikel noch nicht komplett mittels des Einflusses der Zentrifugalkraft und/oder Schwerkraft auf die positive Strömung 9 gemäß 1a gesammelt wurden.
Vorzugsweise ist die Filtervorrichtung 1 rotationssymmetrisch um ihre Längsachse 3 ausgebildet.
Insbesondere sind ein erster Durchmesser D1 der Öffnung 4 und ein dritter Durchmesser D3 der Einstülpung derart aufeinander abgestimmt, dass der Ringkanalbereich 10 zumindest im Wesentlichen außerhalb der Strömung 9 des zugeführten Kraftstoffes ist. Weiterhin liegt das Maximum M der Einstülpung 8 insbesondere auf der Längsachse 3 der Filtervorrichtung 1.
Die drei Ausführungsbeispiele der Filtervorrichtung 1 gemäß der 1a–1c bzw. 2 bzw. 3 unterscheiden sich wie folgt: Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach den 1a–1c nimmt der dritte Durchmesser D3 der Einstülpung 8 in Richtung R des Filterkopfes 2 ab. Das erste Ausführungsbeispiel gemäß der 1a–1c hat demnach den besonderen Vorteil, auf einfache Weise fertigungstechnisch realisierbar zu sein.
Das zweite Ausführungsbeispiel der Filtervorrichtung 1 gemäß 2 ist derart ausgestaltet, dass der dritte Durchmesser D3 der Einstülpung 8 in Richtung R des Filterkopfes 2 konstant ist. Die konstante Ausgestaltung des dritten Durchmessers D3 der Einstülpung 8 hat den besonderen Vorteil, einen Kompromiss zwischen der fertigungstechnischen Realisierbar keit und der Strömungstotbereichseigenschaften des Ringkanalbereichs 10 zu gewährleisten.
Das dritte Ausführungsbeispiel der Filtervorrichtung 1 gemäß 3 ist derart ausgestaltet, dass der dritte Durchmesser D3 der Einstülpung 8 in Richtung R des Filterkopfes 2 zunimmt. Das dritte Ausführungsbeispiel hat den besonderen Vorteil, optimale Strömungstotbereichseigenschaften für den Ringkanalbereich 10 bereitzustellen.
Gemäß der 2 und 3 ist die Filtervorrichtung 1 derart ausgestaltet, dass der erste Durchmesser D1 der Öffnung 4 kleiner als ein zweiter Durchmesser D2 des Filterkopfes ist.
4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Filtervorrichtung 1 zum Filtern eines Kraftstoffes mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruck. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Blockschaltbildes in 4 erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Verfahrensschritte a bis d auf:
Verfahrensschritt a:
Eine Öffnung 4 wird in einen Filterkopf 2 der Filtervorrichtung 1 zur Zuführung des Kraftstoffes derart gebohrt, dass die Öffnung 4 um eine Längsachse 3 der Filtervorrichtung 1 angeordnet ist.
Verfahrensschritt b:
Eine Vielzahl von Löchern 6 wird zur Filterung von Partikeln P aus dem zugeführten Kraftstoff in einen Filtermittenbereich der Filtervorrichtung 1 gebohrt, wobei der Filtermittenbereich 5 einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist.
Verfahrensschritt c:
Eine Einstülpung 8 wird um die Längsachse 3 der Filtervorrichtung 1 derart ausgebildet, dass eine Strömung 9 des zuge führten Kraftstoffes in den Filtermittenbereich 5 oder in den Filterkopf 2 reflektiert wird.
Verfahrensschritt d:
Ein Ringkanalbereich 10 wird um die Einstülpung 8 ausgebildet, wobei der Ringkanalbereich die Partikel P aus der Strömung 9 des zugeführten Kraftstoffes und die mittels der Löcher 6 gefilterten Partikel P mittels Zentrifugalkraft und/oder Schwerkraft sammelt.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Beispielsweise sind neben den in den 1a–1c, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele der Einstülpung und des Ringkanalbereichs jegliche geometrische Ausgestaltungen möglich, die einen Strömungstotbereich zur Sammlung der Partikel und eine Spiegelfläche zur Reflexion der Strömung des zugeführten Kraftstoffes ausbilden.

Claims

Filtervorrichtung (1) zum Filtern eines Kraftstoffes mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruck, mit: a) einem Filterkopf (2), welcher eine um eine Längsachse (3) der Filtervorrichtung (1) angeordnete Öffnung (4) zur Zuführung des Kraftstoffes aufweist; b) einem Filtermittenbereich (5), welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist und eine Vielzahl von Löchern (6) zur Filterung von Partikeln (P) aus dem zugeführten Kraftstoff hat; und c) einem Filterboden (7), welcher eine um die Längsachse (3) der Filtervorrichtung (1) angeordnete Einstülpung (8) mit einem Durchmesser (D3), die eine Strömung (9) des zugeführten Kraftstoffes in den Filtermittenbereich (5) oder in den Filterkopf (2) reflektiert, und einen um die Einstülpung (8) ausgebildeten Ringkanalbereich (10), welcher die Partikel (P) aus der Strömung (9) des zugeführten Kraftstoffes und die mittels der Löcher (6) gefilterten Partikel (P) mittels Zentrifugalkraft und/oder Schwerkraft sammelt, aufweist, wobei der Durchmesser (D3) der Einstülpung (8) in Richtung (R) des Filterkopfes (2) konstant ist oder zunimmt.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (1) rotationssymmetrisch um ihre Längsachse (3) ausgebildet ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Durchmesser (D1) der Öffnung (4) kleiner als ein zweiter Durchmesser (D2) des Filterkopfes (2) ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchmesser (D1) der Öffnung (4) und der Durchmesser (D3) der Einstülpung (8) derart aufeinander abgestimmt sind, dass der Ringkanalbereich (10) zumindest im Wesentlichen außerhalb der Strömung (9) des zugeführten Kraftstoffes ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Maximum (M) der Einstülpung (8) auf der Längsachse (3) der Filtervorrichtung (1) liegt.
Verfahren zum Herstellen einer Filtervorrichtung (1) zum Filtern eines Kraftstoffes mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruck, aufweisend folgende Schritte: a) Bohren einer Öffnung (4) in einen Filterkopf (2) zur Zuführung des Kraftstoffes derart, dass die Öffnung (4) um eine Längsachse (3) der Filtervorrichtung (1) angeordnet ist; b) Bohren einer Vielzahl von Löchern (6) zur Filterung von Partikeln (P) aus dem zugeführten Kraftstoff in einen Filtermittenbereich (5), welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist; c) Ausbilden einer Einstülpung (8) mit in Richtung der Öffnung (4) am Filterkopf (2) konstantem oder zunehmendem Durchmesser (D3) um die Längsachse (3) der Filtervorrichtung (1) an einem dem Filterkopf (2) gegenüberliegenden Filterboden (7) derart, dass eine Strömung (9) des zugeführten Kraftstoffes in den Filtermittenbereich (5) oder in den Filterkopf (2) reflektiert wird; und d) Ausbilden eines Ringkanalbereiches (10) um die Einstülpung (8), wobei der Ringkanalbereich (10) die Partikel (P) aus der Strömung (9) des zugeführten Kraftstoffes und die mittels der Löcher (6) gefilterten Partikel (P) mittels Zentrifugalkraft und/oder Schwerkraft sammelt.